CN114769943A - 助焊膏、焊锡膏以及焊接方法 - Google Patents

助焊膏、焊锡膏以及焊接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种助焊膏、焊锡膏和焊接方法，其中，助焊膏按质量份计，包括：松香树脂25～45份，溶剂25～38份，活性剂3～10份，触变剂5～8份，保湿剂1～3份，抗氧化剂3～7份以及表面活性剂1～3份。本发明的助焊膏可用于制作焊锡膏，熔点低，且具有良好的润湿性，保湿时间长，粘贴效果好；粘度适中，满足滚筒印刷的印刷需求，印刷时粘性变化小，印刷滚动性及落锡性好，对低至0.3mm间距焊盘也能完成精美的印刷，下锡均匀，不会产生微小锡球和塌落，可实现替代波峰焊工艺完成不耐热元器件的回流焊接，减少了设备启动时间，提高了焊接效率，避免了波峰焊工艺中锡条的氧化，降低了耗材成本。

Description

助焊膏、焊锡膏以及焊接方法
技术领域
本发明涉及电子焊接技术领域，具体而言，涉及一种助焊膏、焊锡膏以及焊接方法。
背景技术
为了在电路板上安装诸如电容器的各种电子元件，一般需要用到表面贴装技术(SMT)或者插装(THT)技术。回流焊接是使用表面黏着技术将元器件黏接至印刷电路板上最常使用的方法，元器件和焊点在电路板的同一侧。插装则通过波峰焊来完成，将熔化的软钎焊料(铅锡合金)，经电动泵或电磁泵喷流成设计要求的焊料波峰，亦可通过向焊料池注入氮气来形成，使预先装有元器件的印制板通过焊料波峰，实现元器件焊端或引脚与印制板焊盘之间机械与电气连接的软钎焊，焊点和元器件在电路板的两侧。
然而，波峰焊一般使用低沸点的助焊剂，工艺流程复杂，设备启动时间长，需要24小时维持运行，且焊接过程中锡条氧化产生大量锡渣，耗材成本高，不利于环保。
发明内容
为了解决上述问题，实现插件元器件的低温回流焊接，本发明的第一目的在于提供一种助焊膏，按质量份计，包括：
松香树脂25～45份，溶剂25～38份，活性剂3～10份，触变剂5～8份，保湿剂1～3份，抗氧化剂3～7份以及表面活性剂1～3份。
本发明的一种实现方式中，溶剂包括二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二乙二醇单辛醚中的至少两种；
触变剂包括聚酰胺蜡防沉剂6500、DISPARLON 6650和改性氢化蓖麻油中的至少一种；和/或
松香树脂包括聚合松香树脂和全氢化树脂；和/或
活性剂包括己二酸、戊二酸、丁二酸、丙二酸、葵二酸和二溴丁稀二醇中的至少三种；和/或
保湿剂包括保湿剂825、凡士林和蓖麻油中的至少一种；和/或
抗氧化剂包括苯骈三氮唑、抗氧化剂1076、抗氧化剂245、二丁基羟基甲苯中的至少一种；和/或
表面活性剂包括表面活性剂3100和表面活性剂4300中的至少一种。
本发明的第二目的在于提供一种焊锡膏，含有上述助焊膏和无铅金属合金粉末。
本发明的一种实现方式中，焊锡膏的粘度为150Pa·S～190Pa·S。
本发明的一种实现方式中，助焊膏在焊锡膏的重量百分比为9.5％～12％，以及无铅金属合金粉末在焊锡膏的重量百分比为88％～90.5％。
本发明的一种实现方式中，无铅金属合金粉末的熔点为138～227℃；和/或
无铅金属合金粉末为LF143。
本发明的第三目的在于提供一种电子产品，包括电路板和元器件，元器件和电路板之间采用上述焊锡膏焊接而成。
本发明的一种实现方式中，元器件为插件元器件。
本发明的第四目的在于提供一种焊接方法，采用印刷工艺将上述焊锡膏印刷于电路板上，将元器件置于电路板上，使得元器件和焊锡膏相接触，对元器件和电路板进行回流焊接。
本发明的一种实现方式中，回流焊接的温度为143～173℃，回流焊接的时间为1～2min。
本发明的一种实现方式中，印刷为刮刀印刷或滚筒印刷。
本发明的一种实现方式中，印刷为电路板的二次印刷，具体地，通过刮刀印刷或者滚筒印刷，采用焊锡膏搭配对应的冶具进行二次印刷。二次印刷一般指完成电路板的贴片印刷后，二次印刷对焊接温度要求较高，必须低于第一次印刷的焊接温度，以避免对第一次的焊接温度产生影响。
本发明的助焊膏可用于取代波峰焊中助焊剂的使用，可用于制作焊锡膏，熔点低，具有良好的润湿性，保湿时间长，保湿时间长达48小时以上，粘贴效果好；粘度适中，满足滚筒印刷的印刷需求，印刷时粘性变化小，印刷滚动性及落锡性好，下锡均匀，不会产生微小锡球和塌落，贴片元件不会偏移；焊接强度高，焊接后残留物极少，具有较大的绝缘阻抗，不会腐蚀PCB，可达到免洗的要求，避免洗板水的使用，有利于环保；可实现通过低温回流焊工艺将元器件焊接在电路板上，从而替代波峰焊工艺完成不耐热元器件的回流焊接，减少了设备启动时间，提高了焊接效率，避免了波峰焊工艺中锡条的氧化，降低了耗材成本。
具体实施方式
现将详细地提供本发明实施方式的参考，其一个或多个实例描述于下文。提供每一实例作为解释而非限制本发明。实际上，对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对本发明进行多种修改和变化而不背离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施方式的部分而说明或描述的特征可以用于另一实施方式中，来产生更进一步的实施方式。
因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求的范围及其等同范围中的此类修改和变化。本发明的其它对象、特征和方面公开于以下详细描述中或从中是显而易见的。本领域普通技术人员应理解本讨论仅是示例性实施方式的描述，而非意在限制本发明更广阔的方面。
传统的波峰焊工艺包括如下流程：将元器件插入相应的元器件孔中，预涂助焊剂，预热(温度90～100℃，长度1～1.2m)，波峰焊(220～240℃)冷却，切除多余插件脚，检查焊点，波峰焊接后使用洗板水对电路板上残留的助焊剂等进行清洗，因此传统波峰焊工艺流程复杂且存在环保问题。
为了至少部分解决上述技术问题的至少一个，本发明的第一方面提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香树脂25～45份，溶剂25～38份，活性剂3～10份，触变剂5～8份，保湿剂1～3份，抗氧化剂3～7份以及表面活性剂1～3份。
本发明的助焊膏可用于取代波峰焊中助焊剂的使用，可用于制作焊锡膏，熔点低，且具有良好的润湿性，保湿时间长，保湿时间长达48小时以上，粘贴效果好；粘度适中，满足滚筒印刷的印刷需求，印刷时粘性变化小，印刷滚动性及落锡性好，下锡均匀，不会产生微小锡球和塌落，贴片元件不会偏移；焊接强度高，焊接后残留物极少，具有较大的绝缘阻抗，不会腐蚀PCB，可达到免洗的要求，避免洗板水的使用，有利于环保；可实现通过低温回流焊工艺将元器件焊接在电路板上，从而替代波峰焊工艺完成不耐热元器件的回流焊接，减少了设备启动时间，提高了焊接效率，避免了波峰焊工艺中锡条的氧化，降低了耗材成本。
一些实施方案中，溶剂包括二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚和二乙二醇单辛醚等中的至少两种，上述溶剂均为高沸点溶剂，沸点均高于200℃以上，能够溶解活性剂、触变剂等物质，并在高温下和融化的无铅金属混合形成具有一定粘度的助焊膏，满足滚筒印刷的印刷需求，使得助焊膏下锡均匀，成型好，不连锡。
一些实施方案中，聚酰胺蜡防沉剂6500、DISPARLON 6650和改性氢化蓖麻油中的至少一种，用于调节助焊膏的粘度。
一些实施方案中，松香树脂包括聚合松香树脂和全氢化松香树脂。其中，松香树脂是一种浅色的，经过高度聚合(二聚合)的高软化点、高粘性，和更好的抗氧化性，并且在液体状态下或在溶液里完全抗结晶的树脂，具有助焊性，能够提高绝缘阻抗，防止产生漏电。具体地，聚合松香树脂是以二聚体为主，含有松香和松香烃等的混合物，不结晶，软化点比松香高。二聚体约有20％～50％，比较稳定，不易氧化。分子式为C40H60O4，软化点90℃～120℃，酸值150mgKOH/g左右。聚合松香由于相对分子质量的增加和双键的部分消除，因而具有色泽浅、酸值低、黏度大、不结晶、软化点高、相容性好、抗氧化优、耐久性强等特点。松香全部为氢所饱和的称为四氢松香，又称全氢化松香，结构式为C19H33COOH，分子量306.47。氢化松香的颜色变浅，具有较高的抗氧化性能，在空气中不致氧化。
一些实施方案中，活性剂包括己二酸、丁二酸、丙二酸和葵二酸，戊二酸，二溴丁二酸等中的至少两种，用以清除金属表面的氧化物。
一些实施方案中，保湿剂包括凡士林，保湿剂825和蓖麻油中的至少一种，用以防止助焊膏中的溶剂挥发从而影响焊锡膏的焊接效果。
抗氧化剂包括苯骈三氮唑，抗氧化剂1076、BHT、抗氧化剂245等，用以防止焊锡膏中的金属在高温下发生氧化。
表面活性剂包括表面活性剂3100和表面活性剂4300，用以增加助焊膏的润湿性，便于焊锡膏附着在电路板表面。
需要说明的是，本发明使用的制备助焊膏的化学产品均购自于深圳金腾龙实业有限公司，以上助焊膏成分名称中含有数字的，例如，聚酰胺蜡防沉剂6500、DISPARLON 6650、抗氧化剂1076、保湿剂825、抗氧化剂245、表面活性剂3100和表面活性剂4300中数字均为产品型号，各型号产品均可通过购买深圳金腾龙实业有限公司对应型号的产品获得。
本发明的第二方面提供了一种焊锡膏，含有上述助焊膏和无铅金属合金。可以理解的是，含有上述配方的助焊膏能够和无铅金属合金形成具有一定粘度的焊锡膏，熔点低，并且具有良好的润湿性，保湿时间长达48小时以上，更有效的保证粘贴品质；印刷性非常稳定，连续印刷时粘性变化极小，不会产生微小锡球和塌落，贴片元件不会偏移，可用于通孔滚轴涂布(Paste in hole)工艺，实现插件的回流焊接；良好的焊接性能，可用于热风式回焊制程；焊接后残留物极少，具有较大的绝缘阻抗，不会腐蚀PCB，可达到免洗的要求；掺入最新的脱模技术，操作过程减少擦网次数，提高工作效率；焊点光亮、饱满、均匀，永久如新；印刷滚动性及落锡性好，从而实现元器件在电路板上的低温回流焊接。
一些实施方案中，焊锡膏的粘度为150Pa·S～190Pa·S，进一步可以为160Pa·S～190Pa·S，更进一步可以为180Pa·S～190Pa·S，焊锡膏的粘度适中，下锡均匀，成型好，不连锡，若助焊膏粘度过小，则会导致下锡量大，形成冷塌，有连锡现象，进而导致炉后人工维修成本过高。
一些实施方案中，焊锡膏还包括无铅金属合金粉末，无铅金属合金粉末的熔点为138℃～227℃，进一步可以为138℃～200℃，更进一步可以为138℃～180℃，138℃～160℃，该熔点范围的金属合金能够在融化时，与本发明的助焊膏混合形成粘度为150Pa·S～190Pa·S的焊锡膏，可通过刮刀印刷工艺印刷于电路板上，使得贴片元器件不易偏移，也可印刷于电路板上的通孔内，满足滚筒印刷对焊锡膏的粘度要求，实现插件元器件的低温回流焊接，从而实现不同种类的元器件在电路板上的回流焊接。
一些具体实施方案中，无铅金属合金粉末包括LF143，LF143是熔点为143℃的无铅金属合金粉末，能够和本发明的助焊剂经加热混合成具有一定粘度的焊锡膏。其中，LF143表示产品型号，可通过购买北京康普锡威科技有限公司相应型号的产品获得。
一些实施方案中，为了达到150Pa·S～190Pa·S的粘度，助焊膏在焊锡膏中的重量百分比为9.5％～12％，无铅金属合金粉末在焊锡膏中的重量百分比为88％～90.5％，从而满足刮刀印刷和管状印刷的印刷需求，并且实现了不同种类的元器件在电路板上的回流焊接。
本发明的第三方面提供了一种电子产品，包括电路板和元器件，元器件和电路板之间采用上述焊锡膏焊接而成。可以理解的是，电路板还可以称之为陶瓷电路板，氧化铝陶瓷电路板，氮化铝陶瓷电路板，线路板，PCB板，铝基板，高频板，厚铜板，阻抗板，PCB，超薄线路板，超薄电路板，印刷(铜刻蚀技术)电路板等；电路板可以是单层电路板，也可以是双层电路板。
元器件是指电路板上安装的各种电子元件和器件的总称。一些具体实施方案中，元器件可以是电阻、电容、电子管和连接器等等。
一些实施方案中，按照不同的焊接方式，元器件可以为贴片元器件或插件元器件。本发明的助焊膏制备的焊锡膏，熔点低，印刷性好，可用于不耐热元器件的低温回流焊接，包括贴片元器件的低温回流焊接和插件元器件的低温回流焊接。
本发明的第四方面提供了一种焊接方法，采用印刷工艺将上述焊锡膏印刷于电路板上，将元器件置于电路板上，使得元器件和焊锡膏相接触，对元器件和电路板进行回流焊接。
具体地，将上述焊锡膏印刷于电路板上，在电路板的焊锡膏上进行元器件的表面贴装或插件，使得元器件贴装在焊锡膏表面，或者元器件插在含有焊锡膏的插孔里，对元器件和电路板进行回流焊接。
本发明焊锡膏可采用“升温～保温”型加热方式，也可采用“逐步升温”型加热方式，回流焊接实际温度设定需结合被焊件性质、元器件分布状况及特点、设备工艺条件等因素综合考虑。
一些实施方案中，回流焊接的温度为143℃～173℃，进一步可以为153℃～173℃，更进一步可以为163℃～173℃，回流焊接的时间为1～2min。若峰值温度过高或回焊时间过长，可能会导致焊点变暗、助焊膏残留物碳化变色、被焊件受损等。若温度太低或回焊时间太短，则可能会使焊料的润湿性变差而不能形成高品质的焊点，具有较大热容量的被焊件的焊点甚至会形成虚焊。
一些具体实施方案中，印刷为刮刀印刷或滚筒印刷。可以理解的是，本发明的焊锡膏能够满足滚筒印刷工艺对焊锡膏的粘度和流动性的需求，下锡均匀，成型好，不连锡。本发明的焊锡膏的熔点为
本发明的第四方面提供了一种焊锡膏的制备方法，包括将上述助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并加热溶解以得到焊锡膏。
一些实施方案中，上述加热溶解的温度为143℃～173℃。
本发明的助焊膏可用于取代波峰焊中助焊剂的使用，可用于制作焊锡膏，熔点低，具有良好的润湿性，保湿时间长，粘贴效果好；粘度适中，满足滚筒印刷的印刷需求，印刷时粘性变化小，印刷滚动性及落锡性好，下锡均匀，不会产生微小锡球和塌落，贴片元件不会偏移；焊接强度高，焊接后残留物极少，具有较大的绝缘阻抗，不会腐蚀PCB，可达到免洗的要求，避免洗板水的使用，有利于环保；可实现通过低温回流焊工艺将元器件焊接在电路板上，从而替代波峰焊工艺完成不耐热元器件的回流焊接，减少了设备启动时间，提高了焊接效率，避免了波峰焊工艺中锡条的氧化，降低了耗材成本。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香(604)30份，全氢化松香15份，己醚23.5份，己二醇10份，新葵酸5份，丁二酸5份，丙二酸1份，保湿剂(825)3份，触变剂(6650)4.5份，三乙醇胺2份，表面活性剂(3100)1份。
本实施例还提供了一种焊锡膏，采用本实施例的助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并在150℃下加热溶解以得到。
实施例2
本实施例提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香(604)20份，全氢化松香25份，己醚23份，己二醇10份，新葵酸10份，丁二酸1份，丙二酸0.5份，二溴丁烯二醇1份，8252份，触变剂(6650)4.5份，表面活性剂(3100)1份，三乙醇胺2份。
本实施例还提供了一种焊锡膏，采用本实施例的助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并在150℃下加热溶解以得到。
实施例3
本实施例提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香(604)20份，全氢化松香25份，己醚23份，己二醇10份，新葵酸10份，己二酸1份，丙二酸0.5份，二溴丁烯二醇0.8份，环已胺盐酸盐0.2份，保湿剂(825)3份，触变剂(6650)4.5份，表面活性剂(3100)1份，三乙醇胺2份。
本实施例还提供了一种焊锡膏，采用本实施例的助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并在150℃下加热溶解以得到。
对比例1
本对比例提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香(604)20份，全氢化松香5份，己醚33.5份，己二醇19份，新葵酸5份，丁二酸5份，丙二酸1份，保湿剂(825)3份，触变剂(6650)5.5份，三乙醇胺2份，表面活性剂(3100)1份。
本对比例还提供了一种焊锡膏，采用本对比例的助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并在150℃下加热溶解以得到。
对比例2
本对比例提供了一种助焊膏，按质量份计，包括：松香(604)25份，全氢化松香25份，己醚20份，己二醇8份，新葵酸8份，己二酸1份，丙二酸0.5份，二溴丁烯二醇0.8份，环已胺盐酸盐0.2份，保湿剂(825)3份，触变剂(6650)5.5份，三乙醇胺2份，表面活性剂(3100)1份。
本对比例还提供了一种焊锡膏，采用本对比例的助焊膏和无铅金属粉末LF143混合并在150℃下加热溶解以得到。
对实施例1～3以及对比例1和对比例2的焊锡膏进行性能测试，并且进行滚筒印刷，各实施例和对比例的焊锡膏的性能测试结果以及滚筒印刷效果如表1所示。
表1
Figure BDA0003619667940000111
进一步，通过滚筒印刷完成焊锡膏的印刷后，对电路板进行回流焊，焊接温度为163℃～173℃，焊接时间1-2min，比较实施例和对比例的焊接效果，具体如表2所示。
表2
Figure BDA0003619667940000112
根据表2中各实施例和对比例的焊接效果可知，本发明的助焊膏制备的焊锡膏结合滚筒印刷工艺，能够完成插件元器件的低温回流焊，焊点饱满，焊接紧密，焊锡膏没有连锡现象，焊锡膏粘度适中，不粘滚筒，而对比例1中焊锡膏有连锡现象，会出现焊接表面不光滑、连锡、不饱满的问题，对比例2中焊锡膏粘滚筒，会出现焊点不饱满的问题。
综上所述，本发明的助焊膏制备的焊锡膏熔点低，具有良好的润湿性，保湿时间长，粘贴效果好；粘度适中，满足滚筒印刷的印刷需求，印刷时粘性变化小，印刷滚动性及落锡性好，下锡均匀，不会产生微小锡球和塌落，贴片元件不会偏移；焊接强度高，焊接后残留物极少，具有较大的绝缘阻抗，不会腐蚀PCB，可达到免洗的要求，避免洗板水的使用，有利于环保；可实现通过低温回流焊工艺将元器件焊接在电路板上，从而替代波峰焊工艺完成不耐热元器件的回流焊接，减少了设备启动时间，提高了焊接效率，避免了波峰焊工艺中锡条的氧化，降低了耗材成本。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种助焊膏，其特征在于，按质量份计，包括：
松香树脂25～45份，溶剂25～38份，活性剂3～10份，触变剂5～8份，保湿剂1～3份，抗氧化剂3～7份以及表面活性剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的助焊膏，其特征在于，所述溶剂包括二乙二醇己醚、2-乙基-1,3-己二醇、二乙二醇丁醚、二丙二醇二甲醚、二乙二醇单辛醚中的至少两种；和/或
所述触变剂包括聚酰胺蜡防沉剂6500、DISPARLON 6650和改性氢化蓖麻油中的至少一种；和/或
所述松香树脂包括聚合松香树脂和全氢化树脂；和/或
所述活性剂包括己二酸、戊二酸、丁二酸、丙二酸、葵二酸和二溴丁稀二醇中的至少三种；和/或
所述保湿剂包括保湿剂825、凡士林和蓖麻油中的至少一种；和/或
所述抗氧化剂包括苯骈三氮唑、抗氧化剂1076、抗氧化剂245、二丁基羟基甲苯中的至少一种；和/或
所述表面活性剂包括表面活性剂3100和表面活性剂4300中的至少一种。
3.一种焊锡膏，其特征在于，含有权利要求1或2所述的助焊膏和无铅金属合金粉末。
4.根据权利要求3所述的焊锡膏，其特征在于，所述焊锡膏的粘度为150Pa·S～190Pa·S。
5.根据权利要求4所述的焊锡膏，其特征在于，所述助焊膏在焊锡膏的重量百分比为9.5％～12％，以及所述无铅金属合金粉末在焊锡膏的重量百分比为88％～90.5％。
6.根据权利要求4或5所述的焊锡膏，其特征在于，所述无铅金属合金粉末的熔点为138～227℃；和/或
所述无铅金属合金粉末为LF143。
7.一种电子产品，其特征在于，包括电路板和元器件，所述元器件和所述电路板之间采用如权利要求3～6任一项所述的焊锡膏焊接而成。
8.根据权利要求7所述的电子产品，其特征在于，所述元器件为贴片元器件或插件元器件。
9.一种焊接方法，其特征在于，包括如下步骤：
将权利要求3～6任一项所述的焊锡膏印刷于电路板上；
将待焊接的元器件置于电路板上，使得所述元器件和所述焊锡膏相接触，对元器件和电路板进行回流焊接。
10.根据权利要求9所述的焊接方法，其特征在于，所述回流焊接的温度为143～173℃，回流焊接的时间为1～2min。
11.根据权利要求9或10所述的焊接方法，其特征在于，所述印刷为刮刀印刷或滚筒印刷。
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